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星载SAR信道建模与回波检测性能研究

黎庆  
【摘要】:同星载光学侦察系统相比,星载合成孔径雷达(SAR,Synthetic Aperture Radar)系统具有探测隐藏遮蔽目标能力强、能有效反映地表散射特性、能全天时、全天候工作等诸多优点。近年来,利用星载合成孔径雷达回波数据对海洋目标进行检测与监视的技术已经在军事侦察、渔船检测以及海洋渔业资源保护等很多领域都得到了广泛的应用。 星载合成孔径雷达回波信号原始数据的精确模拟直接影响着高分辨率成像算法的验证和星载SAR系统性能的评估,对于星载SAR系统的研制有着重要的意义。 目前卫星移动通信的信道研究主要集中在星-地单程链路无线电波传播特性,而在星载SAR回波信号的无线传播环境中,信号需要经过星-地和地-星的双程传播,两次穿越大气层,且要经过地面目标的反射,传播环境非常复杂。 为了精确地模拟星载SAR回波信号,本文首先在经典的卫星移动通信信道模型C.Loo模型的基础上,建立了星载SAR星-地-星双程链路的信道模型,给出了双程信道模型的理论概率密度函数,并基于莱斯正弦和理论建立了仿真模型,仿真结果表明,信道仿真模型可以较好地拟合理论模型,验证了双程信道模型的有效性。考虑双程信道大气传播造成的信号幅度衰落以及电离层影响带来的信号相位变化,详细讨论了受双程信道传播影响的星载SAR回波信号的建模方法,并利用经典的距离多普勒算法对其进行成像,对SAR图像的辐射分辨特性和空间分辨特性进行了深入的分析讨论。 在海杂波背景下,对星载SAR的检测性能进行分析并寻找一种新的检测方法以提高检测性能,是很有必要且具有实际意义的。本文从海杂波背景星载SAR的检测性能出发,在研究传统的CFAR检测算法的基础上,利用K分布对海杂波进行建模,结合星载SAR回波信号的特点,提出了多普勒频域各个子频带改变检测门限的检测算法,该方法将回波数据在方位向多普勒频域根据其多普勒频率的不同划分为多个子频带,在恒虚警概率的情况下,得到每个子频带各自不同的门限阈值,理论推导以及仿真实验证明该算法既能够减小运算量,又可以提高检测性能。


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